变频系统专用电力电缆的研制

摘 要：本篇文章主要介绍了变频系统专用电力电缆研制情况，包括了技术方案分析和产品结构设计和制造注意难点，详细介绍了产品选型、结构设计及产品特性，并且已有用户使用，反映良好。

关键词：变频系统、电力电缆、产品设计

一、概述

变频技术是近年来机电领域的发展方向，变频调速系统的应用越来越普及，与此相对应，对连接调速系统的变频电机及变频控制器的电力电缆、控制电缆也提出了很高的要求，以避免运行中产生高次谐波电流对其他供电、控制回路产生干扰，或受外界电磁信号的干扰。一些行业的设计院已经明确提出了这种要求，并将其作为整个设计结构、生产制造方面做了一些初步的工作，产品也已在许多工程中应用。本文主要介绍了本公司在变频调速专用电力电缆研制和生产的一些情况进行介绍。

二、变频调速专用电力电缆设计制造的技术方案分析

在制定试制方案时，不仅要充分考虑电缆的各种电气性能和物理机械性能，更重要的是重点考虑如何减少高次谐波电流的产生，以及如何控制对其他电路的干扰。

1、脉冲电压的干扰

（1）现象：变频电源的频率调节范围比较宽，但其波形是一个主频率的频宽轮廓，包含了许多高次谐波，幅值也较大。这种谐波必然会波及到电缆，有可能会产生电缆的击穿，而且电缆长度越长，高频谐波电压也越高。但是，如果电缆绝缘耐压水平较高的话，则不会发生电缆的击穿。（2）、对策：如果电缆的结构采用普通的3+1芯，即三根主线和一根地线，这将会使主线和地线产生的干扰和谐波电压不均衡，要使电缆能正常工作，势必需要增加电缆的绝缘水平。若主线芯与地线的位置采用相对称的结构，那么由于导线互换效应及其对称平衡，可将干扰减小到最低水平，采用一半的绝缘水平即可，所以电缆的设计应采用对称的型式。

2、电磁波的干扰

（1）现象：连接变频电机和变频电源的电缆在运行时，若产生电磁波，则将会对周围临近的设备及电缆产生严重的干扰；反之，外界的电磁波也可能对其进行干扰。因此，既要使电缆不产生干扰信号，以减少对外界运行系统的干扰，同时也要提高电缆自身的抗干扰能力，能阻止外界的干扰，这是文帝的两个方面，都是至关重要的。（2）对策：解决上述问的办法是采用对称型结构和增加电缆屏蔽结构。屏蔽结构可采用铜带绕包、铜丝编织或铝塑复合带绕包等型式。屏蔽层的良好接地系统又是抑制电磁波的必要条件，采用铜丝编织结构是较容易事先，而采用其他结构往往需要用专门引出的夹具才能与地线相连。

三、产品设计

1、产品使用环境

（1）额定电压：0.6/1kV。（2）电缆长期允许工作温度为90℃，短路时最高温度为250℃（最长时间持续5秒）。（3）电缆允许最小弯曲半径不小于10倍的电缆成品外径。（4）产品可移动使用。

2、产品特性

（1）阻燃特性：成品电缆应能通过GB/T18380中要求的成束燃烧试验。（2）无卤低烟性能：成品电缆应能通过GB/T17651规定的烟密度测定及IEC754—2中要求的燃烧气体腐蚀性试验。

3、产品的结构设计

分析和研究了国内同行制造变频调速专用电力电缆的经验，制定了产品试制方案。试制方案的重点放在如何减少高次谐波电流分量对其他控制电路的干扰，提高电缆产品的阻燃性能、弯曲性能、耐气候及抗震动性能等。试制了电压等级为0.6/1kV型号为BPESP2R-C变频软电力电缆，规格为3×120+3×70/3 mm2；及3×10+3×6/3mm2两种规格电缆。

平衡各方面利弊后，决定电缆采用三根中性线芯均匀分布在三根动力线芯之间的空隙中，并绞合成缆；然后绕包铜带屏蔽，在铜带屏蔽外编织镀锡铜丝屏蔽，再挤外护套，见图1。

图1

（1）导体

a、材料选择：为了提高电缆导电性能及弯曲性能，选择符合GB/T3953中规定的TR型软圆铜线，其铜线具有非常好的导电率及断裂伸长率。

b、导体结构：该产品是为了满足移动中使用而开发的特种产品，导体结构应选择相对较软的绞合型式，本产品采用了符合GB/T3956中规定的5类软导体结构，该类产品结构广泛应用于矿用移动电缆、通用橡套电缆、船舶用电缆及电气装备用电线电缆领域中，在频繁移动的过程中，可保持很高的结构稳定性，不容易造成电缆绝缘的损伤。例如：120mm2导体采用608根单丝直径为0.5mm的铜丝，经过多次绞合而成，成品导体外径稳定，弯曲后不变形。

（2）绝缘

a、材料选择：普遍用于低压变频电力电缆绝缘材料有交联聚乙烯绝缘材料（XLPE）、乙丙橡皮绝缘材料（EPR）、聚氯乙烯绝缘材料等（PVC），PVC材料具有比较优良的阻燃性能，但由于在高频作用下PVC会产生一定的热量，导致电缆温度升高，而PVC正常工作温度为70℃，无法满足90℃工作温度的要求；XLPE材料具有非常好的电性能，但由于其材料较硬，弯曲性能差，切材料阻燃性能及差，无法满足产品最阻燃特性的要求；EPR是以三元乙丙橡皮为基料，混入一定比例的增塑剂、阻燃剂及硫化剂，产品具有良好的电性能、柔软性能及无卤低烟阻燃性能。故此，确定该产品采用乙丙橡皮绝缘材料。

b、绝缘结构：普通0.6/1kV电力电缆绝缘设计主要根据其所承受的机械性能而确定电缆绝缘层厚度，由于该产品用于变频电力系统，而在高频作用，电缆会产生一定的震动，会加速绝缘老化速度，降低产品的使用寿命，故此选用电压等级为3.6/6kV的绝缘结构设计，此种设计既提高了绝缘的安全性能，又提高了电缆结构的稳定性。

4、产品制造的注意事项

在产品制造过程中要严格控制工艺，绞线尽可能保证导体圆整，线芯绞制时尽量保证按正规排列绞合。严格控制绝缘偏心，火花试验及浸水耐压试验作为例行试验，确保绝缘线芯无缺陷；成缆务必保证线芯圆整，成缆时必须随时调节张力，确保各线芯张力均衡，并选择适当的填充，使产品外观密实圆整。铜带绕包重叠率要达到25%以上，铜带绕包层要保证平整、圆滑铜带不能起褶，严格控制铜带电阻率及铜带厚度，确保屏蔽层电阻。铜丝编织密度不应低于85%，采用卧式32锭编织机，编织密度均匀，不能有缺股断线等现象。

四、产品优势

1、使用寿命。本产品采用3+3芯对称结构设计，更有效平衡了电场，减少了高次谐波的产生，大大的延长了使用寿命。

2、柔软性。本产品采用多股软铜丝绞合，采用乙丙橡皮绝缘，大大的提高了产品的柔软性。

3、屏蔽性能。本产品采用双层屏蔽，并且铜带屏蔽与铜丝编织屏蔽相隔离，充分利用了双层屏蔽效果，从而提高了产品的抗干扰性能，降低了电缆在工作过程中对其他电器元件的干扰。

五、结束语

变频系统专用电缆是一种新的系列产品，需要根据客户要求不断改善设计、工艺，以满足变频系统不断的发展需求。

目前变频系统专用电缆的应用不是很成熟，市场需求量也不是很大，但是随着变频机电产品的发展，对于这种产品的需求将会不断加大，大部分中型以下的变频电机都应采用这类专用电缆。（作者单位：沈阳电缆厂）